核能的本質是物質完全泯滅後釋放的巨大能量，因為這種反應發生在原子核，故而命名為核能。
核能的理論基礎是愛因斯坦提出的質能公式：E=mc²，其中E代表能量，m代表質量，c則是光的速度。通過計算我們就能發現，1克物質完全泯滅就會釋放出90萬億焦耳的能量（c向上取整）！！而三峽水電站在2012年全年發電量為981億度，僅相當於3924克物質完全泯滅釋放的能量。
核能必須通過核反應取得，核反應主要有兩種形式：核裂變和核聚變。
核裂變是指一個重原子核分裂為數個輕原子核的反應，核裂變過程中會損失部分物質質量，進而釋放出巨大的能量。核裂變是原子彈的理論基礎，常用的物質為鈾、釷等，這也是國際上對此類物質進行嚴格管制的原因。
核聚變是指數個輕原子核聚合成一個重原子核的反應。由於核聚變過程中損失的物質質量比核裂變要多，所以核聚變比核裂變的反應更加劇烈，由核聚變作為理論基礎的氫彈的威力也比原子彈大很多。
人們利用核反應原理，除了製造核武器以外，對於大眾生活影響最大的就是核能的和平利用，目前主要是發電。目前，核裂變發電技術已經比較成熟了，中、美、日等國都建有核電站。而核聚變對於外界條件要求更高，目前還沒有可控核聚變實驗的成功案例。但是相比於核裂變電站，核聚變電站用料更省、核汙染更低、原料更易獲取，已經成為當前核能研究的主要方向。
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